CN101183805B - 用于电机的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于机电混合传动装置的定子组件。该定子组件大致为环形，并且限定位于中心的转子孔，该转子孔用于容纳转子。定子组件包括定子铁芯以及定子导线，其中定子铁芯具有多个径向向内延伸的定子齿，定子导线绕每个定子齿缠绕以形成多个定子线圈。环氧树脂施加在每一对相邻的定子齿之间。该环氧树脂限定出紧密接近于定子线圈的多个定子冷却通道，以及紧密接近于转子孔的转子冷却通道。冷却介质位于定子冷却通道和转子冷却通道内，从而可以冷却定子线圈和之后组装的转子。

Description

用于电机的冷却系统
政府许可权力
美国政府对于本发明享有全权许可权，并且有权在有限条件下要求专利权人在NREL/DOE授予的ZCL-3-32060-02条款所涉及的合理项目方面给予其它人许可。
技术领域
本发明大致涉及一种电机，更具体的是涉及一种用于冷却电机的系统。
背景技术
具有可靠的位于电动机/发电机的外壳内的定子的例如电机和发电机的电气装置是公知的。安装在轴上的转子同轴定位在定子内，并且可相对于定子绕转轴的纵轴旋转。通过定子的电流的通道产生磁场，以助于旋转转子和转轴。仍然公知的是，保持定子和转子位于预定义的温度范围内是必要的，从而确保电气装置最佳的性能和可靠性。
发明内容
本发明提供一种用于机电混合传动装置的定子组件。该定子组件大致为环形，并且限定位于中心的转子孔，该转子孔用于容纳转子。该定子组件包括定子铁芯以及定子导线，其中定子铁芯具有多个径向向内延伸的定子齿，定子导线绕每个定子齿缠绕以形成多个定子线圈。环氧树脂施加在每一对相邻的定子齿之间。该环氧树脂限定出紧密接近于定子线圈的多个定子冷却通道，以及紧密接近于转子孔的转子冷却通道。冷却介质位于定子冷却通道和转子冷却通道内，从而可以冷却定子线圈和之后组装的转子。具有多个转子冷却通道的流体通道中的多个喷射孔被构造为将预定量的冷却介质传递到转子上。本发明还提供了用于制造定子组件的优选方法以及可选方法。
当与附图结合时，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点从以下用于执行本发明的最佳模式的详细的描述中是很明显得出的。
附图说明
图1是电机的示意性横截面图；
图2是定子组件的截面图；
图3是根据本发明的优选实施例的图2的定子组件的更详细的截面图；
图4是根据本发明的可选实施例的图2的定子组件的更详细的截面图；
图5是结合图2的定子组件的机电混合传动装置的部分横截面侧视图。
具体实施方式
参考附图，在所有附图中，相同的参考标记表示相同或类似的元件，如图1中电机10的示意性图示。为了进行说明，根据优选实施例示出电机10；但是应当理解，本发明适于其它的电机构造以及其它的电气装置，例如发电机。电机10包括外壳12、定子组件14、转轴16以及转子18。定子组件14实质上为环形，并且被构造在电机10的运行过程中为相对于外壳12保持静止。转子18固定到转轴16以与转轴整体旋转，并且大致由定子14外接。转子18和转轴16可相对于外壳12和定子14旋转。
参考图2，定子组件14最好包括容纳在定子套筒或定子外壳22内的定子铁芯20。定子铁芯20包括多个沿径向向内方向延伸的定子齿24。定子导线26缠绕或卷绕在每个定子齿24周围，从而形成定子线圈28。对于本发明的目的，短语“定子导线”可以指缠绕在每个定子齿24周围的单个导线，或者也可以指每个都缠绕在单个定子齿24周围然后连接在一起的多个定子导线26。
定子线圈28中充满环氧树脂30，以使得定子线圈28的绕组彼此电绝缘。优选采用邮编46992印地安纳州Wabash第一街道1450号的Wabash Magnetics LLC公司制造的型号为66-2251的环氧树脂作为环氧树脂30。根据优选实施例，定子铁芯20由软磁合成物(SMC)组成，从而降低成本并简化制造过程，定子导线26由铜组成。根据可选实施例，定子铁芯20可以由钢叠片组成。在上丈中描述的方法中增加环氧树脂30增强了定子组件14的强度并提供额外的阻尼。定子组件14强度的增加对于定子铁芯由软磁合成物组成的优选实施例特别有利。环氧树脂30的阻尼特性允许电机10吸收其所产生的振动，该振动换句话说可能是不能采用的，从而实现更平滑的运行。但是，应当理解的是，可以预见可选的环氧树脂、定子铁芯和/或定子导线合成物。
继续参考图2，每个定子齿24和定子线圈28都将一起被称为“极”32。每个极32都优选分别缠绕，以使得给定槽的体积内的绕组数量最大，极32有时也被称为槽填充，从而优化电机10(图1中示出)的性能。如图所示，定子14包括十二个极32；但是，本领域的技术人员将认识到，当限定在权利要求的范围内时，可以提供更多或更少的极32。十二个极32通过外壳22保持彼此相关，并且各个定子线圈28都相互电连接，以使得电流可在极32之间转移。定子齿24均在凸缘形端部34中终止。十二个极32的凸缘形端部34限定适于容纳转子18(图1中示出)的位于中心的转子孔33。
多个定子冷却通道37、转子冷却通道38以及转子喷射孔39优选由环氧树脂30限定，并且用来冷却电机10(图1中示出)。例如油40(图5中示出)的冷却介质通过定子冷却通道37循环，从而吸收由定子1 4产生的热量。当定子线圈29是主要热源时，定子冷却通道37到那里的近程有效地冷却定子14。油40还通过喷射孔39传输到转子冷却通道38中，以及转子18(如图5中所示)上，从而冷却转子18。喷射孔39的尺寸、数量以及位置可以改变，从而最佳满足特定应用场合中的冷却需求。最好如图5中所示，喷射孔39最好定位在转子18的轴向端部附近。
参考图3，其示出了用于制造通道37、38和孔39的优选方法。根据该优选方法，提供单层的环氧树脂30给每一极32，从而通过所示出的方法浸透线圈28并且覆盖齿24，然后极32被组装在一起以完全限定通道37、38和孔39。使用环氧树脂30在每一极32的相反端部限定定子冷却通道37一半以及转子冷却通道38的一半。当两个相邻的冷却通道38组装在一起时，形成完整的定子冷却通道37和完整的转子冷却通道38。因此，通过上述方式给每一极32施加环氧树脂30并组装极32，从而制造定子组件14(图2中示出)，完整的定子冷却通道37和完整的转子冷却通道38形成在每一对相邻的极32之间。转子喷射孔39可以在施加环氧树脂30期间形成，或者也可以利用环氧树脂30固化之后的机械加工过程形成。
参考图4，其示出了用于制造通道37、38和39的可选方法。根据该可选方法，每一极32的定子线圈28都被第一层的环氧树脂36浸透，然后多个极32组装在一起形成圆形图样。第二层环氧树脂41施加到预先组装的极32中，从而限定定子冷却通道37、转子冷却通道38以及转子喷射孔39。优选在进行一个以上的嵌入过程(未示出)中的“过模制”过程中施加第二层环氧树脂41，从而限定冷却通道37、38和喷射孔39。更确切的说，该嵌入物被导入相邻的孔32之间；然后第二层环氧树脂41施加在定子铁芯20的内壁29和定子齿24的凸缘形端部34之间径向限定的区域中预先组装的孔32上；并且该嵌入物在环氧树脂36固化之后被移除。根据可选实施例，可以在利用机械加工过程代替嵌入物来固化环氧树脂36之后，形成一个或多个冷却通道37、38以及喷射孔39。
现在参考图5，其示出了示例性机电混合传动装置42的一部分的部分横截面图。该机电混合传动装置42包括足以容纳两个电机单元10的外壳44，图5仅示出其中一个电机单元。本领域的技术人员应当理解，电机单元10有时可以作为发电机单元，这取决于装配有机电混合传动装置42的车辆的操作模式。参考图1进行讨论，定子14同轴围绕转子18设置。
冷却液储存器46用来保存例如油40的冷却介质。冷却液储存器46优选为传输贮槽，其还被构造为满足传动装置42的冷却、压力和润滑的需要。如箭头所示，贮槽48通过第一流体流道50传输油40到定子冷却通道37，并且通过第二流体流道52传输油40到转子冷却通道38。泵48可以通过第一流道50和定子冷却通道37传输可选量的油40，以使得定子14充分冷却。在通过定子冷却通道37后，油40可以返回到储存器46中或者用来满足其它的冷却、润滑和/或压力需求。泵48还可以通过第二流道52、转子冷却通道38、喷射孔39传输可选量的油40到转子18上，以使得转子18充分冷却。用于冷却定子14和转子18的本系统适于维持电机10的最佳性能和可靠性。
虽然已经详细描述了执行本发明的最佳模式，但是熟悉与本发明相关领域的人们将认识到在所附权利要求的范围内实践本发明的各种可选构思和实施例。

Claims (17)

1. 一种限定位于中心的转子孔的大致环形定子组件，该转子孔用来容纳转子，所述定子组件包括：
包括多个径向向内延伸的定子齿的定子铁芯；
绕所述多个定子齿中的每个缠绕以形成多个定子线圈的定子导线；以及
位于每一对相邻的定子齿之间的环氧树脂，所述环氧树脂限定与定子线圈紧密接近的多个定子冷却通道，所述环氧树脂限定与转子孔紧密接近的多个转子冷却通道。
2. 如权利要求1所述的定子组件，还包括位于定子冷却通道和转子冷却通道内的冷却介质，从而可以冷却定子线圈以及位于转子孔中的之后组装的转子。
3. 如权利要求2所述的定子组件，其中所述冷却介质是油。
4. 如权利要求3所述的定子组件，其中所述环氧树脂还限定与多个转子冷却通道通过流体连通的多个转子喷射孔，所述转子喷射孔用来从多个转子冷却通道传输预定量的油到转子孔中，从而冷却之后组装的转子。
5. 一种机电混合传动装置，其包括：
转子；
大致外接转子的大致环形的定子组件，所述定子组件包括：
包括多个径向向内延伸的定子齿的定子铁芯；
绕所述多个定子齿中的每个缠绕以形成多个定子线圈的定子导线；以及
位于每一对相邻的定子齿之间的环氧树脂，所述环氧树脂限定与定子线圈紧密接近的多个定子冷却通道，所述环氧树脂还限定与转子紧密接近的多个转子冷却通道；以及
位于定子冷却通道和转子冷却通道内的冷却介质，从而冷却定子线圈和转子。
6. 如权利要求5所述的机电混合传动装置，其中所述环氧树脂还限定与多个转子冷却通道通过流体连通的多个转子喷射孔，所述转子喷射孔用来从多个转子冷却通道传输预定量的所述冷却介质到转子上，从而冷却转子。
7. 如权利要求5所述的机电混合传动装置，其中所述冷却介质是油。
8. 如权利要求5所述的机电混合传动装置，还包括与所述多个定子冷却通道和所述多个转子冷却通道通过流体连通的冷却液储存器，所述冷却液储存器用来保持所述冷却介质。
9. 如权利要求8所述的机电混合传动装置，还包括与所述冷却液储存器通过流体连通的泵，所述泵用来通过所述多个定子冷却通道和所述多个转子冷却通道传输可选量的冷却介质。
10. 一种制造定子组件的方法，包括：
提供多个定子齿；
绕所述多个定子齿中的每个缠绕定子导线，以形成多个定子线圈；
提供环氧树脂给每个定子齿，以使得所述环氧树脂限定部分的定子冷却通道和部分的转子冷却通道；以及
将所述多个定子齿组装在一起形成大致圆形形式，从而形成多个定子冷却通道和多个转子冷却通道。
11. 如权利要求10所述的方法，还包括提供与所述多个转子冷却通道通过流体连通的多个转子喷射孔。
12. 如权利要求10所述的方法，还包括传输预定量的冷却介质到所述多个定子冷却通道和所述多个转子冷却通道中。
13. 一种用于制造定子组件的方法，包括：
提供多个定子齿；
绕所述多个定子齿中的每个缠绕定子导线，以形成多个定子线圈；
提供第一层环氧树脂给所述多个定子线圈；
将所述多个定子齿组装在一起形成大致圆形形式；以及
施加第二层环氧树脂给所述多个定子齿，以使得所述第二层环氧树脂限定多个定子冷却通道和多个转子冷却通道。
14. 如权利要求13所述的方法，还包括提供与所述多个转子冷却通道通过流体连通的多个转子喷射孔。
15. 如权利要求13所述的方法，还包括传输预定量的冷却介质到所述多个定子冷却通道和所述多个转子冷却通道中。
16. 如权利要求13所述的方法，还包括在施加第二层环氧树脂之前，在所述多个定子齿之间设置多个嵌入物，并且在所述第二层环氧树脂固化之后移除所述多个嵌入物，从而形成所述多个定子冷却通道和所述多个转子冷却通道。
17. 如权利要求13所述的方法，还包括机械加工所述第二层环氧树脂，从而制造所述多个定子冷却通道和所述多个转子冷却通道。
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